计算机和计算器通常都具有固定的有限通道来置放组成数字的每一位数,当一个数的位数多于可利用的通道时,就产生了问题。为了克服这个困难,计算机科学家们于50年代发明了浮点数系统,把每一个数分成两部分来表示,一组表示舍入数,另一组实际上表示小数点的位置。

虽然该系统被广泛应用,但仍存在不少问题,特别当遇到诸如乘法和减法运算时,有时会产生非常大和非常小的数,这时浮点数系统就不能表达,计算机给出的结果是错误的,甚至没有结果给出。

为了克服这个缺陷,位于马里兰叶安纳波利斯的美国海军研究院的数学家彼得 · 特纳Peter-R. Tu-rner和其它一些研究人员,正在研究一种替代的可在计算机上实用的对数表示方法。对于一个给定的数,该方法是不断地求该数的自然对数,直到最后的结果位于0与1之间,这样,原数就由对数嵌套的次数(层次)和最后的对数(指数)来表示,然后,计算机用这种特殊的位数结合方式来进行计算。

这种“对称层次-指数”方案,避免了当数字接近于0或无限大时,浮点数系统所遇到的许多问题。它的缺点是运算速度慢,如果按此设计计算机,它需要比同等浮点数系统复杂多的电路。但是,特纳认为,获得虽慢但有用的信息总比虽快无答案的结果要好得多。

在浮点数系统问世的最初,也产生过类似的问题,因为它比整数算法要慢,由于该系统能够为研究人员提供有效的手段,来处理他们过去不能解决的问题,而迅速普及。也许对称层次-指数算法遇到的是同样的问题。虽然单个的运算会很慢,但更简单些的程序或许会发现。

[大宫译自Science News,1991年7月20日]

AIDS发病达到高峰了吗?

80年代中期对AIDS发病率进行的预测令人悲观,它表明这种致命的流行病在90年代还会不断扩散。现在世界各地这种趋势还在不断加剧,但这似乎还不足以反映所有的事实。

来自疾病控制中心(CDC)的最新数字表明:新报道的AIDS患者增加了9%,从1989年的41,000增加到1990年的44,500,89年增加约17%,88年增加约24%。但AIDS发病率是否已达到高峰而趋于平稳了呢?“不能这样认为,因以前也有过暂时的高峰,”CDC统计学家约翰 · 卡仑(John Karon)说。确实,流行病的预测往往受许多混杂因素的干扰,如病毒的潜伏期很长,仅一半的HIV感染者会在10年内出现症状。不奇怪,许多AIDS因此被误诊。据估计,CDC未计入的患者约占所有患者的10%~15%。

为预测AIDS发病率何时趋于稳定,斯坦福大学的健康经济学家乔 · 海(Joel W Hay)及其同事根据目前AIDS发病率和潜伏期重新计算出过去HIV感染率,然后据此推测将来的发病率。结论是:AIDS发病率已趋于高峰。他们估计1992年的患者是47,000~67,000例。“因大多数目IV感染者已经发病,而其他人已采取预防措施,以后HIV感染率将急剧下降。”海说。

然而,约翰 · 霍普金斯医学院的统计学家罗纳德 · 布鲁克麦耶(Ronald Brookmeyer)对此并不乐观。他认为海的研究没有对治疗效果加以修正,因此,一定程度的下降应归于诸如AZT和潘泰米丁(pentamidine)之类的药物。这些药物将使AIDS发病率的稳定期推后,因它们延迟了症状的出现。

诚然,这些预测都可能难以准确地反映将来AIDS的发病趋势。统计学家采用的数据以CDC的AIDS定义为基础,而这一定义使得早期AIDS的诊断依赖于因同性恋出现的明显症状,如卡波济氏肉瘤和卡氏肺囊虫肺炎。妇女患者占所有患者的10%,现在认为女性HIV感染与急性骨盆炎和宫颈癌有关。

[胡晓译自Scientific American,1991年9月]

原子开关

IBM研究中心的科学家们已经研究出如何使一个氙原子来回跳跃穿过仅比原子本身略宽的间隙的方法一一一项可能对未来的计算机及其它电子器件的发展产生巨大影响的成就。

设在加州圣路斯(San Jose)的IBM阿姆登(Almaden)研究中心的科学家唐纳德 · 艾格拉(Donald M. Eigler),克里斯托弗 · P · 路兹(Christopber P. Lutz)和威廉 · E · 罗杰(William E. Rudge)将这个运动的原子称为一个开关。因为当原子从一侧向另一侧穿过间隙时,通过间隙的电流增加。当原子反向运动时,电流减小。

IBM研究小组使用一台隧道扫描显微镜(STM)来控制原子开关。STM是IBM的科学家在80年代早期发明的一种仪器。它具有一个钨质尖端,可以用来观察物体表面的原子结构。科学家们同时发现,可以在STM的尖端施加一个短时电压脉冲,捕获一个原子。移动显微镜的尖端,然后施加一个极性相反的电压脉冲就可将原子放置在一个新位置上。

原子开关以相似的方式工作:在STM尖端施加一个电压脉冲,吸附一个氙原子,使其脱离一个镍质材料的平面大约10亿分之20英寸的距离。不将其移走,而使其落至原来的位置。这个过程可以无限次重复。

当原子吸附在显微镜尖端时,开关处于“开”状态。此时,尖端与平面间的导电性好。当原子落回镍平面时,导电性差,开关处于“关”状态。这两种状态可以用来替代目前数字电子器件中采用的‘1’和‘0’状态。

艾格拉说:“目前还不清楚是否能够制造出使用这种机制的具有实用价值的原子开关或器件。但我们希望,我们的基础性研究将为未来几代的微小电子器件的发展奠定科学基础,包括那些有朝一日能够大量生产的原子大小的器件。”

TBM研究小组研制的这种装置至少有一个主要的局限性:它只能在极高的真空度和仅仅高于绝对零度4度的条件下工作。

[马渭渤译自Popular Science,1991年12月]

大密度金刚石

设在美国纽约州斯克内克塔迪市的通用电气研究与发展中心(GE)的化学家用含有过量的中子的碳制成了人造金刚石。GE的化学工程师W · F · 班霍尔泽说:“天然金刚石一般含碳13同位素不足1%,而这种新金刚石却含有碳13同位素达99%。”

完成这项分析的同行,福特汽车公司H · 霍格韦说:“用高分辨率的X射线衍射仪测量了天然金刚石和五个GE的人造金刚石,这种较重的人造金刚石碳原子排列比碳12同位素金刚石更紧密”。GE的科学家们也描述了人造金刚石的晶体质量,它的质量几乎与硅半导体相匹敌,包括目前已知的一些极少有缺陷的晶体。GE的研究人员首次制成的极小金刚石束,它含有要求数量的较重碳原子。为了做到这一点,他们使用了叫做“化学蒸汽沉积法”的工艺,并且由改变产生碳源的甲烷中同位素含量来控制金刚石构成。接着研究人员用高压溶解并再结晶而变成纯的宝石束。

[林荣译自Science News,1991年11月2日]

一种“非正统”式预测地震法

美国加利福尼亚州圣克拉拉县一名地质学家詹姆斯 · 伯克伦在一场7.1级地震袭击加利福尼亚州的前若干天,就准确预测出这场灾祸即将来临,并及时将此信息刊载于《Gilroy Dispatch》刊物上。

震后不久,伯克伦却险些被开除公职,因为他采用的是一种“非正统”式预测地震方法,与当前大多数地质学家所采用的地面倾斜度和地磁变化度测量法(“正统”式测量法)相违。

伯克伦采用的是一种“高高潮汐和低低潮汐”分析法以及一种报刊宠物丢失启事分类分析法,借此分析结果,准确地判定地震即将发生的强度及位置。

伯克伦认为,中国人已长久应用的凭借动物生活习性变异及潮汐涨落规律变异现象去分析预测地震这样的方法,实际上是正确的。他说:“事实上,恰是在地震之前,报刊登载的寻猫与寻狗启事明显增多。”

伯克伦认为,震前动物的异常现象十分明显:在加利福尼亚这场地震发生的前两个星期,就有两只幼鲸被海水冲至该州旧金山海滩上面(而平常时期此现象实属罕见),有数只小鲸被海水冲至该州圣克鲁斯海滩上面;此外,养饲飞鸽人员也注意到鸽子正在反常飞离,甚至不得不取消预定的赛鸽日期。

尽管伯克伦在预测美国地震工作中获得成功,但位于科罗拉多州戈尔登市的美国地质勘探所却对此成绩持否定态度,认为伯克伦的结论并无重要意义,对此结论的正确有效性还有待进一步观察。

虽然如此,伯克伦仍决定继续深化自己的这项研究工作。在企业家的资助下,伯克伦最近在加利福尼亚州圣何塞市创建了一份《Syzygy》月报并设置了一部热线电话,旨在向公众及时预报地震信息。他说他此举并非图于赢利,而是为了推进科学,使公众受益,他最后说,动物在自然界中能敏锐感觉出某种受力的改变,当震前发生受力异常时,它们会本能地逃跑,直至异常感消除时为止。

[王建华译自年第11期]